化工反应原理与设备 教学课件 作者 杨西萍 主编模块四.ppt

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1、模块三、固定床反应器目标要求：了解固定床反应器的种类及基本结构了解固定床反应器的基本操作及日常维护掌握固定床反应器的生产原理掌握固定床反应器的简单计算能够根据生产过程要求选择合适的固定床反应器能够分析固定床反应器的传质、传热规律能够完成固定床反应器的仿真操作项目一、固定床反应器的结构流体通过由固定不动的催化剂构成的床层进行化学反应的设备称为固定床反应器。结构类型绝热式固定床反应器列管式固定床反应器自热式固定床反应器径向式固定床反应器绝热式固定床反应器其特点是反应器结构简单，造价便宜，反应器体积利用率较高。适用于反应热效应较小、反应温度允许波动范围较

2、宽、单程转化率较低的反应过程催化剂原料气产物气瓷环瓷球单段绝热式固定床反应器中间换热式是指冷、热流体是通过段间的换热器管壁进行热量的交换。其作用是将上一段的反应气体冷却至适宜温度后再进入下一段反应，反应气体冷却所放出的热量可用于对未反应的原料气体预热或通入外来换热介质移走。而换热设备可以放在反应器外绝热式固定床反应器中间换热式催化剂催化剂换热器进料多段绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器冷激式多段绝热式固定床反应器冷激式是采用冷激气体直接与反应器内的气体混合，达到降低反应温度的目的，根据使用冷激的气体不同，又可分为原料气冷激式反应器和非原料气冷激式

3、反应器。列管式固定床反应器进气出气冷却水热水列管式固定床反应器通常是在管内充填催化剂，管间通热载体，气体原料自上而下通过催化剂床层进行反应，反应热通过管壁与管外的热载体进行热交换列管式固定床反应器按不同热载体和热载体不同循环方式分类，列管式固定床反应器有多种结构型式沸腾床外部循环式气体换热式内部循环式自热式固定床反应器自热式反应器是指换热介质为原料气，并通过管壁与反应物料进行换热以维持反应温度的反应器。适用于热效应不大的放热反应以及高压反应过程特点是利用反应热对原料进行预热，实现了热量自给，从而使设备更紧凑与高效、热量利用率高、易实现自动控制。若反

4、应放出的热量较大，只靠反应管的传热面积不能维持床层温度时，工业上常在催化剂层内插入各种各样的冷却管，从而增大了传热面积，并可使催化剂层温度分布接近于较理想的状况。径向固定床反应器主气流旁路气流产物气催化剂换热器径向反应器特征是：提高催化剂利用率、减少床层压降。适用于：反应速度与催化剂表面积成正比的反应，细粒催化剂的使用可以提高反应速度和反应器生产能力。主要问题是：气体分布的均匀性。项目二、固定床反应器的工作原理在固定床反应器中，流体是从催化剂颗粒间所形成的缝隙中通过，在流动中不断的与颗粒碰撞发生流动方向的变化，其流体流动状况直接影响到固定床反应器的

5、传热与传质过程。导致固定床反应器的工作原理较空管反应器要复杂的多。因此，了解固定床反应器的工作原理是非常重要的。催化剂床层特性催化剂颗粒直径体积相当直径：以体积相等的球形颗粒表示非球形颗粒的直径。面积相当直径：以面积相等的球形颗粒的直径表示非球形颗粒的直径。催化剂床层特性催化剂颗粒直径比表面相当直径：以比表面积相等的球形颗粒的直径表示非球形颗粒的直径。平均直径:其中di为质量分数为xi的筛分颗粒的平均粒径催化剂床层特性催化剂颗粒形状系数形状系数：用球形颗粒的外表面积与体积相同的非球形外表面积之比特征：反映了非球形颗粒与球形颗粒的差异程度。三种直径关

6、系：例：某圆柱形催化剂，直径求该催化剂的相当直径及形状系数催化剂床层特性解：体积相当直径:面积相当直径:比面积相当直径:形状系数：催化剂床层特性床层空隙率定义：颗粒间的自由体积与整个床层体积之比影响因素颗粒形状、粒度分布、颗粒与床层直径比、颗粒的装填方式、颗粒粗糙度分布规律贴壁处空隙率最大，在离壁1~2dp处空隙率较大，而床层中部空隙率最小。影响效果壁效应：器壁对空隙率分布的这种影响及由此造成对流体流动、传质和传热的影响催化剂床层特性床层空隙率结论：真实床层径向空隙率分布是不均匀的，在距壁面约1～2倍粒径处，空隙率最大。床层直径与颗粒直径之比越大，

7、空隙率分布越均匀。由于空隙率分布不均匀。造成径向流速分布不同于空管。为了消除壁效应，一般，管径与粒径之比应大于8。催化剂床层特性固定床当量直径固定床的当量直径de为水力半径RH的四倍流体在固定床中的流动特性在固定床中，流体在颗粒间的空隙中流动，流动通道是弯曲、变径、相互交错的，流体撞击颗粒后分流、混合、改变流向，增加了流体的扰动程度。径向混合轴向混合流体沿轴向依次流过一个由颗粒间空隙形成的串联着的“小槽”，在进口处，由于孔道收缩，流速增大，进到“小槽”后，由于突然扩大而减速，形成混合由于流体在流动过程中不断撞击到颗粒上，发生流股的分裂而造成流体在固

8、定床中的流动特性流动过程流体以平均流速沿轴向作理想置换流动流体的径向和轴向的混合扩散，包括层流时的分子扩散和湍流时的涡流扩